浅谈高速铁路隧道临近既有铁路侧穿高速公路桥桩设计思路

高生苗

(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京市 102600)

如果既有车站地形条件局促、走廊狭窄，新建铁路接入既有车站时，设计难度大、施工风险高。以新建汉中至巴中至南充高速铁路营盘梁隧道为实例，详细阐述了新建隧道临近既有铁路侧穿高速公路桥桩复杂条件的设计思路。

1 概况

1.1 隧道概况

营盘梁隧道位于四川省巴中市兴文镇，起迄里程DK153+790～DK154+068，全长278m为单洞双线隧道，设计时速350km/h。隧道临近巴中东站，均位于直线段，洞内纵坡为平坡，最大埋深约30m。

1.2 隧道周边环境

隧道DK153+790～DK153+850段及DK153+980～DK154+068段临近既有巴达铁路路基段，DK153+850～DK153+980段临近既有巴达铁路温家梁隧道，两隧道最小净距约31.5m。隧道DK153+835～DK153+860段与通州大道市政道路相交，洞身DK154+000～DK154+040段侧穿银昆高速公路穿心店桥桥桩，详见图1。

图1 营盘梁隧道平面图

2 工程地质

隧道穿行于丘陵区，位于城区，地形起伏较小，海拔高程400～430m，山坡坡度5°～70°，山体一般为薄层第四系全新统残坡积土层覆盖。洞身地层岩性为白垩系下统白龙组(K1b)泥岩、粉砂岩及砂岩，强风化-弱风化，节理裂隙较发育，岩体较破碎，全隧均为Ⅴ级围岩。

3 隧道设计思路

3.1 隧道进口段

营盘梁隧道进口段DK153+790～DK153+850与既有巴达铁路路基净距约32.6m，同时下穿市政道路，埋深0～5.7m。该段隧道埋深浅，岩层破碎，采用明挖法施工(控制爆破)，并采取以下措施：

(1)施工期间临时封闭道路，需与通州大道产权方及相关管理部门沟通协调，路面交通临时疏解至临近五路支路通行。

(2)结合隧道右侧邻近巴达铁路路基工程及梁桥工程，在DK153+790～DK153+860段面向大里程右侧距离本段隧道开挖轮廓1m处设置1#～16#锚固桩，锚固桩尺寸为2.5m×2.25m(长边垂直线路方向)，桩长16～24m，桩间净距2.25m。桩间直立面采用锚喷(网)防护，喷10cm厚C25混凝土，钢筋网Φ8，间距25cm×25cm，砂浆锚杆长3.0m，间距1.2m×1.2m[1]。

(3)隧道下穿市政道路段衬砌采用900mm厚加强明洞衬砌，主筋采用双筋间距167mm。

(4)明洞施工完成后对通州大道路面区及通州大道东侧开挖区实施回填；通州大道路面回填区采用回填10%水泥稳定性土，每层回填厚度不超过20cm并采用人工夯实，密实度不低于95%；回填至路面结构设计标高后，实施路面工程；路面及路基下部夯填土石施作要求应与市政部门沟通对接，满足相关受力要求及标准，做好路面区域排水及管线迁改埋设的相关工作；通州大道东侧开挖区按要求实施夯填土石及粘土隔水层。

(5)下穿段施工完毕后，恢复道路正常通行，并在靠洞口侧设置防撞墩，设置范围为隧道开挖轮廓线左右侧各30m，

(6)临近巴达铁路路基一侧设置长78m、高6m的防护排架，防止飞石落入既有铁路范围内。

3.2 临近温家梁隧道段

营盘梁隧道DK153+860～DK154+000段临近既有巴达铁路温家梁隧道，净距约31.5m，新建隧道与既有隧道基本平行，轨面标高基本持平。温家梁隧道于2016年建成通车，采用Ⅴ级围岩加强衬砌，初支采用26cm厚C30混凝土(内嵌全环钢架，间距0.8m)，二次衬砌采用45cm厚C35钢筋混凝土结构。由于临近既有隧道，故采取以下措施：

(1)DK153+860～DK154+000段采用铣挖法施工，工法采用三台阶临时仰拱法。

(2)DK153+860～DK153+900段拱部采用Φ108超前大管棚注浆加固地层，DK153+900～DK154+000段拱部采用双层Φ42超前小导管注浆加固地层。

(3)施工前应对既有温家梁隧道进行无损检测，并采取拍照取证等方式调查既有隧道的现状；施工时加强对既有隧道的监控量测，做好安全防护措施及应急预案，保证既有线运营安全。

3.3 侧穿高速公路桥桩

隧道在DK154+000～DK154+040段侧穿银昆高速公路穿心店桥桥桩，隧道中线与银昆高速中线交角约85°，面向大里程隧道左边缘距离12#桥桩8.5～10.4m，面向大里程隧道右边缘距离13#桥桩12.2～13.9m，下穿处隧道拱顶覆土厚度3.5～9.3m。由于该段浅埋偏压，且与高速公路桥桩距离很近，故采取以下措施：

(1)DK154+000～DK154+040段采用铣挖法施工，工法采用四步CD法。

(2)DK154+000～DK154+040段左右侧开挖轮廓1m处打设2.25m×2.5m隔离桩，沿线路方向桩间净距2.25m，桩基深入隧道仰拱下不小于3m。右侧隔离桩悬臂端相邻桩间采用C35钢筋混凝土槽形预制挡土板，挡土板尺寸(高×厚×长)为0.5m×0.3m×2.70m，地表浅埋处采用10%水泥稳定性土进行反压回填，隔离桩完成后方可进洞施工，详见图2。

(3)DK154+000～DK154+040段拱部采用Φ108超前大管棚注浆加固地层。

(4)施工中需加强对隧道开挖周边及洞内的地下水位监测，防范地下水过多流失造成的桥梁结构沉降，洞内涌水过多时，及时采用注浆措施进行封堵。

图2 隔离桩布置图

4 监控量测设计

4.1 进口段既有铁路监控量测设计

(1)下穿通州大道明挖段基坑边坡顶部的水平位移和竖向位移监测点应沿基坑周边布置，基坑周边中部、阳角处应布置监测点。监测点间距不宜大于20m，每边监测点数目不应少于3个。监测点宜设置在基坑边坡坡顶上。

(2)既有巴达铁路的爆破振速测点布置在既有铁路的结构物上。监测间距不宜大于30m，振速管理等级见表1[2]。

表1 振速管理等级

(3)监控量测测点布置可根据现场具体情况进行适当调整。测点布置需反映出地表真实的沉降值。

(4)加强监控量测工作。若有异常，应暂停施工，并通知各方进行处理；执行第三方监测并制定专项监测方案。

4.2 侧穿高速公路桥桩监控量测设计

(1)施工前应确定地面高程和坐标的初始值，并对G85银昆高速公路穿心店桥桥桩进行现状调查，摄像取证，作好记录。

(2)隧道侧穿G85银昆高速穿心店大桥，每个桥桩布置4个倾斜观测点，对每个承台布置3个不均匀沉降观测点，如图3。

(3)隧道侧穿G85银昆高速穿心店大桥桥桩，桩基水平位移不超6mm，相邻承台之间不均匀沉降差值不应使桥面形成大于2‰的附加纵坡[3]。位移管理等级见表2。

图3 桥桩测点布置示意图

(4)监控量测测点布置可根据现场具体情况进行适当调整。测点布置需反映出桥梁桩基真实的沉降值、水平位移值以及既有巴达铁路路基的爆破振速。

表2 位移管理等级

(5)加强洞内监测的同时应加强对下穿及侧穿构筑物不均匀沉降等情况的监测。若有异常，应暂停施工，并通知各方进行处理；执行第三方监测并制定专项监测方案。

(6)隧道DK154+000～DK154+068段施工完成后应继续进行监测，待桥梁桩基水平位移(倾斜)、承台不均匀沉降稳定后方可停止监测。

5 风险分析

采用定性、定量相结合的方法，以风险评估为手段对营盘梁隧道临近既有铁路侧穿高速公路桥桩施工时的风险进行分析。

5.1 初始风险

通过对隧址地形地貌、工程地质、周边建设环境等详细分析，确定营盘梁隧道在不采取任何措施施工时既有铁路和高速公路的初始风险等级，并归纳如表3[4]。

表3 初始风险评估表

5.2 风险处理措施及残余风险

(1)爆破飞石、爆破震动风险

营盘梁隧道进口段施工采用明挖法(控制爆破)，并在临近既有铁路一侧设防护排架，防止飞石对既有铁路结构及其附属设施造成危害。爆破施工时应征得既有铁路运营部门同意，并选择在天窗点施工，以免危及铁路运营安全。

(2)开挖引起的既有隧道结构损坏风险

临近既有隧道段开挖采用铣挖法施工，工法采用三台阶临时仰拱法，并严格执行“短进尺、少扰动、强支护、早封闭、严治水、勤量测、二衬紧跟”的原则组织施工，限制围岩形变。

(3)桥桩倾斜、不均匀沉降等风险

侧穿高速公路桥桩段采用铣挖法施工，工法采用四步CD法，并于左右两侧采取打设隔离桩，地表浅埋处采用10%水泥稳定性土进行反压回填，隔离桩完成后然后进洞施工。隧道拱部采用Φ108超前大管棚注浆加固地层，并严格执行“短进尺、少扰动、强支护、早封闭、严治水、勤量测、二衬紧跟”的原则组织施工，限制围岩形变。

通过风险等级评定，对初始风险等级为“高度”、“极高”的风险事件采取有效处理措施，使其残余风险降低到可以接受的范围内。初始风险与残余风险的对比见表4。

表4 初始、残余风险对比表

6 结论

以营盘梁隧道为实例，针对隧道设计过程中所面临的复杂工程建设条件，在满足新建隧道工程安全、经济、合理、具有可实施性的同时，采取针对性措施，尽可能地减小对既有工程的干扰，并将风险降低至可以接受的范围内，为类似隧道工程设计提供一定的参考。